【DDR 内存学习专栏 1.2 -- DDR Channel 介绍】

1. DDR中的通道（Channel）概念

关于 DDR 通道，首先要解释物理通道和逻辑通道的区别。物理通道指的是硬件上的独立线路，而逻辑通道可能涉及多通道架构如何提升带宽。需要提到通道的位宽，比如每个通道64位，双通道就是128位，这样带宽翻倍。同时，通道的独立性也很重要，比如不同通道可以同时操作，提升效率。

此外，通道的概念主要是针对单次传输数据量而言的，现在的 cpu 一般也就 64 位，那么双通道的内存条（128位）有什么价值，其实主要是通道间的 interleave（乒乓效果、减少等待，一次还是传输64位，但是在传输第一个64位后，第二个64位已经可以准备好）。

1.1 DDR Channel 与 DDRC

一个主板上可能有多个插槽，用来插多根内存。这些槽位分成两组或多组，组内共享物理信号线。这样的一组数据信号线、对应几个槽位（内存条）称为一个channel（通道）。简单理解就是DDRC(DDR控制器)，一个通道对应一个DDRC。

1.2 DIMM 内存插槽

DIMM（Dual Inline Memory Module，双列直插内存模块）是主板上的一个内存插槽。一个 Channel 可以包括多个DIMM。它是在单列直插存储器模块(single inline memory module,SIMM)的基础上发展起来的，SIMM 提供 32 位数据通道，而 DIMM 则提供了64位的数据通道。

与SIMM不同的是DIMM的金手指两端不像SIMM那样是互通的，它们各自独立传输信号，因此可以满足更多数据信号的传送需要。

1.3 物理通道的定义

• 通道是CPU与内存之间的独立数据传输路径，每个通道包含完整的信号线（数据线、地址线、控制线）。

• 位宽：每个通道的位宽通常为 64位（现代DDR标准），双通道则为 128位，以此类推。

• 带宽公式：
  

1.3.1 多通道的作用

• 并行性：多个通道可同时传输数据，提升带宽和效率。

• 独立性：每个通道可独立操作不同内存颗粒（如双通道操作两个DIMM），减少访问冲突。

• 信号线分配：每个通道需独立的：

• 数据线（DQ）：传输实际数据。

• 地址/命令线（CA）：传输行地址（Row）、列地址（Column）、命令（Activate/Read/Write等）。

• 时钟（CLK）：同步信号。

DDR4：

• 单channel：由64个DQ、1个clk、1个Ma、1个Dqs组成。
• 双channel：由128个DQ、2个clk、2个Ma、2个Dqs组成。
• 四channel：由256个DQ、4个clk、4个Ma、4个Dqs组成。

DDR5：

• 单channel：由64个DQ、1个clk、1个Ma、1个Dqs组成。
• 双channel：由128个DQ、2个clk、2个Ma、2个Dqs组成。
• 四channel：由256个DQ、4个clk、4个Ma、4个Dqs组成。

其中，DQ 代表数据线路，clk代表时钟线路，Ma 代表地址线路，Dqs代表数据时钟线路。

1.4 通道的硬件实现

• 信号线分配：每个通道需独立的：
  • 数据线（DQ）：传输实际数据。
  • 地址/命令线（CA）：传输行地址（Row）、列地址（Column）、命令（Activate/Read/Write等）。
  • 时钟（CLK）：同步信号。

1.5 多核系统的DDR通道分配策略

• 地址映射决定通道路由：
  CPU发出的物理地址通过高位地址（如A[31:28]）选择目标DDR控制器和通道。

示例：若系统有 2 个DDR 控制器（Channel 0 和 Channel 1），地址位A[31]可能用于区分通道：

• A[31]=0 → Channel 0（地址范围0x0000_0000–0x7FFF_FFFF）

• A[31]=1 → Channel 1（地址范围0x8000_0000–0xFFFF_FFFF）

• 多核并行访问：

不同核心访问不同地址时，CI-700根据地址的高位将请求路由到不同的DDR控制器，实现通道级并行。

推荐阅读：
https://flylib.com/books/en/3.171.1.58/1//1000/
https://www.cadence.com/en_US/home/tools/silicon-solutions/protocol-ip/denali-memory-interface-and-storage-ip/ddr-phy-and-controller/ddr5-ddr4-ddr3-phy-controller.html